الكواكب الداخلية (٧)

تقوم الفكرة الأساسية لدراسة الأجرام والنجوم على استخدام التلسكوبات المتنوعة لرصد الإشعاعات الكهرومغناطيسية القادمة من الفضاء، سواء كانت موجات راديوية أو أشعة تحت حمراء أو سينية، لأن الغلاف الجوي يمنع دخول بعضها. يعتمد عمل هذه التلسكوبات على حسابات دقيقة تشمل قوة تجميع الضوء وقوة التفريق والتكبير لضمان الحصول على صور واضحة. فمثلا لتلسكوب يمتلك عدسة شيئية قطرها معين، نستخدم معادلات التفريق والتكبير لتقييم كفاءته في رصد التفاصيل الدقيقة للأجرام السماوية بعيدة المدى.

الفكرة الأساسية

إن معرفتنا بالكون مستمدة بمعظمها من رصد وتحليل وتفسير طيف النجوم وآلية انتقاله باستخدام أنواع مختلفة من التلسكوبات التي تناسب كل نطاق من الطيف الكهرومغناطيسي.

الشرح

لكي نفهم كيف تعمل المناظير الفلكية، علينا معرفة مهامها الأساسية الثلاث: أولا جمع الضوء ويحسب بالعلاقة $P = \frac{D^2}{0.49}$ حيث $D$ هو قطر العدسة أو المرآة، ثانيا التفريق ويحسب بالعلاقة $R = \frac{11.58}{D}$ لتمييز الأجسام القريبة عن بعضها بدقة، وثالثا تكبير الصورة ويحسب بالعلاقة $M = \frac{F}{f}$ حيث $F$ هو البعد البؤري للعدسة الشيئية و $f$ هو البعد البؤري للعدسة العينية. وتنقسم المناظير إلى عدة أنواع بحسب النطاق الذي ترصده، فالتلسكوبات الراديوية تستخدم هوائي لتجميع الموجات الطويلة، وتلسكوبات الأشعة تحت الحمراء ترصد الحرارة المنبعثة من النجوم وتوضع في الفضاء أحيانا لتفادي امتصاص الغلاف الجوي، بينما تلسكوبات الأشعة السينية وفوق البنفسجية تتطلب مراصد خارج الغلاف الجوي تماما لأن الغلاف يمنع دخول هذه الأشعة الضارة.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كان لديك منظار كاسر قطر عدسته الشيئية $D = 0.3\text{ m}$، وبعدها البؤري $F = 1.5\text{ m}$، وبعد العدسة العينية البؤري $f = 0.05\text{ m}$: أولا نحسب قوة تجميع الضوء بتطبيق القانون: $P = \frac{0.3^2}{0.49} = \frac{0.09}{0.49} = 0.183$ ثانيا نحسب قوة التفريق بتطبيق القانون: $R = \frac{11.58}{0.3} = 38.6$ ثالثا نحسب قوة التكبير بتطبيق القانون: $M = \frac{1.5}{0.05} = 30$ إذن قوة تككبر هذا المنظار هي 30 مرة.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن زيادة التكبير وحدها تعني صورة أوضح، بينما الأهم هو قوة التفريق وقطر العدسة الشيئية لتجميع أكبر كمية من الضوء وتفادي الصور المشوشة. خطأ آخر هو الظن بأن جميع أنواع الأشعة تصل إلى سطح الأرض، والصحيح أن الغلاف الجوي يمنع دخول أنواع عديدة مثل الأشعة السينية وفوق البنفسجية مما يستوجب إطلاق مراصد فضائية.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما هي المعادلة المستخدمة لحساب تكبير المنظار البصري؟ الإجابة: $M = \frac{F}{f}$ حيث $F$ هو البعد البؤري للعدسة الشيئية و $f$ هو البعد البؤري للعدسة العينية. السؤال الثاني: لماذا يتم إطلاق مراصد الأشعة السينية والفوق بنفسجية إلى خارج الغلاف الجوي للأرض؟ الإجابة: لأن الغلاف الجوي للأرض يمنع دخول هذه الأشعة تماما ويحجبها عن السطح.